HAF j.nr. 46/94 Forsøg med rensning og smedning af luppejern

Forsøget i 1994 varerede i alt 22 dage (perioden mellem 26. maj og 31. august) og deltagerne varArne Jouttijärvi, Michael Nielsen, Henriette Lyngstrøm, Jens Christiansen, Patrice de Rijk samt Mathijs van Nie (observatør).

Baggrunden for forsøget:
Forsøgets overordnede formål var at supplere teoretiske studier af forhistoriske oldsager med praktiske iagttagelser, at vurdere enkle smedeprocesser, uddybe kendskabet til fortidens jernteknologi, nuancere tidligere udbytteberegninger samt viderebearbejde materiale fra jernudvindingseksperimenter udført på Historisk-Arkæologisk forsøgscenter.
Ved forsøget blev fire jernsvampe renset til barrejern. Barrernes vægt udgjorde henholdsvis 15,0, 37,4, 15,7 og 0,7 % af jernsvampene vægt. Til rensning af 6,7 kg jernsvamp til 1,0 kg barrejern blev anvendt 20 kg trækul ved 82 gange varme efterfulgt af 789 slag med 2 kg smedehammer. Rensningen kan udføres på to timer af én mand. Desuden blev der smedet en række kopier af knive fra ældre jernalder og af et sæt stigbøjler fra vikingetid.
Forsøget blev gennemført på Historisk-Arkæologisk Forsøgscenter i Lejre, mens de efterfølgende analyser udførtes af Arne Jouttijärvi på Danmarks Tekniske Universitet, Institut for metallære.

HAF j.nr. 51/93 Germanertidens jernknive – fra luppe til kniv. Forsøgets resultater.

Resultater:Affald fra bearbejdning af jern er forskelligt fra 1) fra malm til jernsvamp – 2) fra jernsvamp til jernbarre og 3) fra barre til kniv.
Jernet bliver ved rensning og smedning gradvist mere homogent: slaggeindeslutningerne bliver først båndformede (”piled” eller ”banded structures”), så korte striber og forsvinder til sidst. Affaldet bliver mere sparsomt, mere magnetisk, mindre slaggeholdigt og overfladen på hammerskæl og svejsekugler helt jævnt.
Den kemiske sammensætning i slaggeindeslutningerne ændres ikke fra jernsvamp til jernbarre eller fra jernbarre til jernredskab, så den kemiske sammensætning af slaggeindeslutningerne i jernsvampen er den samme som i jerngenstanden. Forsøg med udvinding, rensning og smedning med jern fremstillet af myremalm med forskellig proveniens vil kunne få vidtrækkende konsekvenser for aktuel forskning i proveniensbestemmelse af oldtidsjern.

HAF j.nr. 51/93 Germanertidens jernknive – fra luppe til kniv. Analyse af smedeaffald og redskabsjern

Prøve 004 af 1993/2 (kopi af Glasergaard grav 3). Jernet havde et vekslende indhold af kulstof (0,0-0,8 %), hvor der var en del områder med ganske høje værdier (0,7-0,8 %). Disse områder var blandt andet koncentreret i knivbladets ene side. Fosfor-indholdet var påfaldende homogent i de tre undersøgte områder (1,0-1,3 %). Slaggeinklusionerne var tydeligt enfasede, blank sorte og stærkt kvartsholdige (60 % SiO2), desuden havde de et højt indhold af fosfor og mangan (1,0 % P og 1,5 % MnO). Jernet var smedet længere ned end det meste oldtidsjern og det var vanskeligt at finde egnede inklusioner til analyserne.

Prøve 005 af 1993/1 (kopi af Kobbeaa grav 3). Jernet havde et vekslende indhold af kulstof (0,0-0,8 %, men et sammenhængende område havde ganske høje værdier (0,7-0,8 %). Dette område lå i tværsnittets ene side – fra knivens ryg til æggen. Fosforindholdet var jævnt højt (0,5-1,8 %). I slaggeindeslutningerne varierede strukturen, men ikke helt så tydeligt som i prøve 004: i de tre undersøgte områder var et højt jernindhold, et meget højt fosforindhold (4,0-5,0 %) og manganindhold (4,0-4,5 %). Jernet mindede om det i en oldtidskniv, da slaggemængden var nogenlunde den samme. Og det høje jernindhold i slaggeindeslutningerne tyder på en rimelig langsom afkøling af jernet, hvilket også er karakteristisk for oldtidens jernredskaber.

Prøve 009 hammerskæl fra smedning af 1993/6 (kopi af den store kniv fra Lousgaard grav 22). Flade jævne hammerskæl der oprindelig havde en maksimal bredde på 0,7 cm var karakteristiske for det meste af smedeprocessen. Hammerskællene var opsamlet efter strækningen af jernet – det vil sige tidligt i processen. Hammerskællene var tydeligt tofasede: vekslende mellem områder med
1) næsten ren jernoxid FeO = 99,48 %, P2O5 = 0,32 % og MnO 0,2 % og områder med
2) væsentlige mængder af sand og fosfor FeO = 60,68 %, SiO2 = 18,12 % og P2O5 = 10,57 %
Prøven var forurenet med svovl (= 0,36 %) fra stenkullene.

Prøve 010 Svejsekugle fra smedning af 1993/6 (kopi af den store kniv fra Lousgaard grav 22). Ved smedning af jern, der er opvarmet til hetz-temperatur med eller uden et vareøgende flussmiddel – presses små partier slagge med stor kraft ud af det varme jern og flyver gennem luften. Her størkner den i kugle- eller dråbeform. Svejsekugler fra smedning er mindre, mere jævne på overfladen og i højere grad magnetiske - end de, der dannes ved rensning af jernsvamp.
Den analyserede kugle er en forholdsvis ren kvarts/jern slagge. Magnesium, calsium og fosfor forekommer i mindre mængder end i udvindingsslaggen. Det høje kvarts-indhold skyldes, at flussmiddel var anvendt ved svejsning.

HAF j.nr. 51/93 Germanertidens jernknive – fra luppe til kniv. Pakning af jern og smedning af to knive

Efter at have fået et indblik i karakteren af det affald, de forskellige stadier af rensnings- og smedeprocesser efterlader, var det nødvendigt at anslå mængden af affald i forhold til processernes tidsramme. Derfor blev det den 14. august 1993 forsøgt at smede to knive, uden (tidskrævende) kopiering af størrelse.
Samtidigt blev der lagt vægt på at viderebearbejde erfaringerne fra sidste års forsøg med pakning af mindre stykker jern til større barrestykker.

Pakningsforsøg:

Indledningsvist blev et større stykke barrejern (103 g) varmet op og smedet fladt ud i den ene ende. Fladens tre sider blev efter den næste varme bøjet kraftigt op til en lav skål og i skålen blev der lagt fire uopvarmede stykker barrejern på henholdsvis 23, 18, 6 og 1 g. Skålen blev forsigtigt placeret i essen og med tre gange varme til hetztemperatur samlet. Herefter blev barren banket ud i en flad stang form. I alt blev der brugt 233 hammerslag og 12 gange varme.
Resultat: De i alt 151 g jern blev smedet ud til en barre på 113 g. Sammenholdt med de tidligere forsøg (1992) med pakning af jern var det et tilfredsstillende resultat. Der må formodes at være en klar sammenhæng mellem rutinen i at håndtere småstykkerne og udbyttet af jern.

Smedeforsøg:

Af den pakkede 113 g barrer blev der fremstillet to knivblade.
Kniv 1 blev smedet ved syv gange varme, deraf én gang hetz-temperatur, 223 hammerslag – på 8 minutter. De 109 hammerslag fordelt på to gange varme blev brugt til strækning af emnet. Det færdige knivblad vejede umiddelbart 49 g og 44 g efter slibning, oliehærdning og anløbning. Der blev samlet 9 g hammerskæl op, heraf enkelte glatte svejsekugler.
Kniv 2 blev smedet ved 11 gange varme, deraf én gang hetz-temperatur, 323 hammerslag – på 9 minutter. De 195 hammerslag var fordelt på fem gange varme blev brugt til strækning. Det færdige blad vejede umiddelbart 51 g og 43 g efter slibning, oliehærdning og anløbning. Der blev opsamlet 13 g hammerskæl, heriblandt ingen svejsekugler.
Resultat: Ved smedningen af de to knive sås et klart forhold mellem mængden af det affald der produceres og det antal slag det bearbejdes med. Grundigere forsøg vil sandsynligvis ligeledes afsløre et, mindre, markant forhold mellem svindet og den tid emnet opholder sig i essen. Mængden af affald omkring ambolten afhænger således ikke alene af arbejdets art, men også af smedens rutine – ligesom et jernredskab med betydelige slaggeindeslutninger i jernet (ikke i svejsesømme) netop kan være et udtryk for godt håndværk.
Forsøget bekræfter tidligere overslag over forhistoriske knivsmedjers produktion. Mellem 25 og 50 knivblade pr. dag pr. smed inklusive anløbning og hærdning, men eksklusiv slibning, er realistisk.

HAF j.nr. 51/93 Germanertidens jernknive - fra luppe til kniv. Smedning af kniv fra Rytterkær grav 212

Den  13. juli 1993 smedede Jens Christiansen en kopi af kniven SØL 350C x 212-8/-13. Kniven er fundet ved udgravninger i 1989 og 1990 i en jordfæstegrav fra yngre jernalder, Rytterkær gra 212. Ved den samme begravelse var der nedlagt et spænde, en tenvægt, seks perler, en hvæssesten samt en anden kniv. SØL 350Cx212-8/-13 blev fundet ved livet af den gravlagte. Det er et enægget knivblad, der er komplet bevaret i to sammenhørende fragmenter. Længden er 13,4 cm og den maksimal rygtykkelse er 3 mm. Den 5,6 cm lange tange er placeret midtfor klingen og klart afsat til begge sider. Tangens tværsnit er smalt rektangulært, klingens tværsnit trekantet. På tanger fandtes rester af træ. Kniven er ikke undersøgt metallurgisk.

Kniven blev forsøgt smedet af et barrestykke på 47 g. Stykket blev under smedningen opvarmet 12 gange, heraf ingen til hetztemperatur. Det færdige knivblad vejede 18 g efter slibning, oliehærdning og anløbning. Der blev opsamlet 11 g hammerskæl. Der blev ikke fundet svejsekugler.